MAGNETISMO

IMANES

Un imán es un cuerpo con un magnetismo significativo, de forma que atrae a otros imanes y/o metales ferromagnéticos (por ejemplo, hierro, cobalto, níquel y aleaciones de estos). Puede ser natural o artificial.

Los imanes naturales mantienen su campo magnético continuo, a menos que sufran un golpe de gran magnitud o se les aplique cargas magnéticas opuestas o altas temperaturas.

Tipos de imanes

Los imanes pueden ser naturales o artificiales, o bien, permanentes o temporales. Un imán natural es un mineral con propiedades magnéticas (magnetita). Un imán artificial es un cuerpo de material ferromagnético al que se ha comunicado la propiedad del magnetismo. Un imán permanente está fabricado en acero imantado. Un imán temporal, pierde sus propiedades una vez que cesa la causa que provoca el magnetismo. Un electroimán es una bobina (en el caso mínimo, una espiral) por la cual circula corriente eléctrica.

1. Imanes naturales; la magnetita es un potente imán natural, tiene la propiedad de atraer todas las sustancias magnéticas. Su característica de atraer trozos de hierro es natural. Está compuesta por óxido de hierro. Las sustancias magnéticas son aquellas que son atraídas por la magnetita.

Composición:
Predominantemente magnetita (óxido de hierro Fe3O4).
Propiedades:
- Magnéticas permanentes: No requieren una fuente externa de energía para mantener sus propiedades magnéticas. Fuerza magnética: Pueden ser débiles, en comparación con los imanes artificiales. Resistencia a la desmagnetización: Son resistentes a la desmagnetización a altas temperaturas.

2. Imanes artificiales permanentes; las sustancias magnéticas que al frotarlas con la magnetita, se convierten en imanes, y conservan durante mucho tiempo su propiedad de atracción.

Un imán artificial es un objeto o material al que se le ha inducido la propiedad de magnetismo mediante un proceso artificial, en lugar de ser naturalmente magnético como la magnetita. Los imanes artificiales pueden ser permanentes (como un imán de barra) o temporales (como un electroimán). Los imanes artificiales se fabrican a partir de materiales ferromagnéticos, como el hierro, el acero, el níquel o el cobalto, y se magnetizan mediante diferentes técnicas, como frotarlos con otro imán, sometiéndolos a un campo magnético externo o pasando una corriente eléctrica por una bobina de alambre que lo rodea.

Tipos de imanes artificiales:

Imanes permanentes:
Estos imanes conservan su propiedad de magnetismo durante un largo período de tiempo, a veces indefinidamente, según Wikipedia.
Imanes temporales:
Estos imanes pierden su propiedad de magnetismo cuando se elimina la causa que lo provocó, como la corriente eléctrica en un electroimán según Wikipedia.

Cómo se fabrican los imanes artificiales:

Imanes permanentes:
Se pueden fabricar mediante la magnetización de un material ferromagnético a través de diferentes técnicas, como frotarlo con otro imán, sometiéndolo a un campo magnético fuerte o calentándolo y enfriándolo gradualmente en presencia de un campo magnético, según CK-12.
Imanes temporales:
Se pueden fabricar mediante el uso de electroimanes, que son bobinas de alambre que crean un campo magnético cuando se pasa una corriente eléctrica por ellas, según Concepto.

Ejemplos de imanes artificiales:

Imanes de nevera,Imanes en altavoces,Imanes en pizarras magnéticas,Pendientes magnéticos,Imanes en ordenadores,Electroimanes en motores eléctricos.

3. Imanes artificiales temporales; aquellos que producen un campo magnético sólo cuando circula por ellos una corriente eléctrica. Un ejemplo es el electroimán.

Los imanes se utilizan de muy diversas formas: en discos duros, altavoces o parlantes, pegatinas (figuras que se adhieren a las neveras), brújulas, cierres para heladeras o congeladores, paredes magnéticas, llaves codificadas, bandas magnéticas de tarjetas de crédito o débito, bocinas, motores, como un interruptor básico, como detector de billetes falsos, generadores, detectores de metales, para el cierre de mobiliario. Algunos de estos aparatos pueden dañarse si se les aplica una cierta cantidad de magnetismo opuesto.

Componentes:
Un electroimán consta de una bobina de alambre, que puede ser de cobre u otro material conductor, y un núcleo ferromagnético (hierro, acero, etc.).
Generación del campo magnético:
Al pasar corriente eléctrica por la bobina, se genera un campo magnético alrededor de la bobina. El núcleo ferromagnético concentra el flujo magnético, haciendo que el electroimán sea más potente.
Polaridad:
Un electroimán tiene un polo norte y un polo sur, al igual que un imán permanente, y ejerce fuerzas de atracción y repulsión como cualquier imán.
Potencia:
La fuerza del campo magnético de un electroimán depende de la intensidad de la corriente, el número de espiras de la bobina y el tipo de núcleo ferromagnético utilizado.
Aplicaciones:
Los electroimanes se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como motores eléctricos, generadores, altavoces, sistemas de transporte magnético y electroimanes de elevación para levantar objetos pesados

PARTES DE UN IMAN

· Eje magnético: barra de la línea que une los dos polos.

· Línea neutral: línea de la superficie de la barra que separa las zonas polarizadas.

· Polos: los dos extremos del imán donde las fuerzas de atracción son más intensas. Estos polos son, el polo norte y el polo sur; (no deben confundirse con positivo y negativo) los polos iguales se repelen y los diferentes se atraen.

POLOS MAGNETICOS

Si se trata tanto de un tipo de imán como de otro, la máxima fuerza de atracción se halla en sus extremos, llamados polos. Un imán consta de dos polos, denominados polo norte y polo sur. Los polos iguales se repelen y los polos distintos se atraen. No existen polos aislados y, por lo tanto, si un imán se rompe en dos partes, se forman dos nuevos imanes, cada uno con su polo norte y su polo sur, aunque la fuerza de atracción del imán disminuye.

Entre ambos polos se crean líneas de fuerza, siendo estas líneas cerradas, por lo que en el interior del imán también van de un polo al otro. Como se muestra en la figura, pueden ser visualizadas esparciendo limaduras de hierro sobre una cartulina situada encima de una barra imantada; golpeando suavemente la cartulina, las limaduras se orientan en la dirección de las líneas de fuerza.

PROPIEDADES DE UN IMAN

Se pueden hacer las siguientes afirmaciones sobre los imanes:

a) La atracción magnética es más intensa en los extremos de la barra magné- tica; de hecho, en la zona central no existe atracción. Para duplicar esta atracción se puede poner la barra en forma de herradura (Fig. 7.2).

b) Si una barra magnética se parte en varios trozos, cada uno de ellos se comporta como otro imán (Fig. 7.2).

c) Al tratar de juntar dos barras magnéticas, observamos que, según la orientación con la que se acerquen sus extremos, éstos se atraen o se repelen. De

aquí se puede deducir que existen polos magnéticos de diferente signo, que

se conocen por norte, N, y sur, S (dado que una aguja magnética se orienta

casi en la misma dirección de los polos geográficos). Se denomina polo norte

al lado del imán que se orienta en el sentido del norte geográfico; esto quiere decir que, si polos contrarios se atraen, el norte geográfico debe ser el sur magnético.

d) A partir de las afirmaciones b y c, se puede concluir que no es posible aislar un

polo norte o un polo sur magnéticos.

e) Un imán ordena las limaduras de hierro colocadas sobre un vidrio fino o una lá-

mina de plástico (Fig. 7.3).

f) Si hacemos pasar una corriente eléctrica por un conductor y ponemos el conductor cerca de un imán, éste último resulta ser

desviado. La experiencia descrita se debe al físico Oersted. Como sabemos que la

corriente eléctrica es debida a portadores de carga (electrones) en movimiento, se

demuestra que una carga en movimiento equivale a un imán. La Figura 7.4 ilustra el experimento ideado por Oersted.

IMANES ELECTROMAGNETICOS

Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente. Los electroimanes generalmente consisten en un gran número de espiras de alambre, muy próximas entre sí que crean el campo magnético.3 Las espiras de alambre a menudo se enrollan alrededor de un núcleo magnético hecho de un material ferromagnético, como el hierro; el núcleo magnético concentra el flujo magnético y hace un imán más potente.

La principal ventaja de un electroimán sobre un imán permanente, es que el campo magnético se puede cambiar de forma rápida mediante el control de la cantidad de corriente eléctrica en el devanado. Sin embargo, a diferencia de un imán permanente que no necesita de alimentación, un electroimán requiere de una fuente de alimentación para mantener los campos.

Los electroimanes son ampliamente usados como componentes de otros dispositivos eléctricos, como motores, generadores, relés, altavoces, discos duros, máquinas MRI , instrumentos científicos y equipos de separación magnética. Los electroimanes también se emplean en la industria para recoger y mover objetos pesados, como la chatarra de hierro y acero.

PARTES DE UN ELECTROIMAN

CLASIFICACION DE LOS MATERIALES

La clasificación de los materiales como magnéticos, no magnéticos se basan en las propiedades magnéticas del hierro. Sin embargo como los materiales débilmente magnéticos pueden tener importancia en algunas aplicaciones. Las clasificaciones influyen los siguientes tres grupos:

1: Materiales ferromagnético: estos incluyen al hierro, al acero, níquel, cobalto y otras aleaciones. La ferrita son materiales no magnéticos y tienen las mismas propiedades ferromagnéticas del hierro. Una aplicación común de la ferrita es en trasformadores de radiofrecuencia y en antenas de radio.

2: Materiales paramagnéticos en esto se incluye el aluminio, platino, magnesio y cromo donde su permeabilidad relativa es ligeramente mayor a unidades (µr > 1).

3: Materiales diamagnéticos: en estos se encuentran los materiales más baratos cobre, zinc, mercurio y plata. Su permeabilidad relativa es menor a la unidad (μr< 1).

FUNCIONAMIENTO

El material del núcleo del imán (generalmente hierro) se compone de pequeñas regiones llamadas dominios magnéticos que actúan como pequeños imanes. Antes de que la corriente en el electroimán se activa, los dominios en el núcleo de hierro están en direcciones al azar, por lo que sus campos magnéticos pequeños se anulan entre sí, y el hierro aún no tiene un campo magnético de gran escala. Cuando una corriente pasa a través del alambre envuelto alrededor de la plancha, su campo magnético penetra en el hierro, y hace que los dominios giren, alineándose en paralelo al campo magnético, por lo que sus campos magnéticos diminutos se añaden al campo del alambre, creando un campo magnético que se extiende en el espacio alrededor del imán. Cuanto mayor es la corriente que pasa a través de la bobina de alambre, más dominios son alineados, aumentando la intensidad del campo magnético. Finalmente, todos los dominios estarán alineados, nuevos aumentos en la corriente sólo causan ligeros aumentos en el campo magnético: este fenómeno se denomina saturación. Cuando la corriente en la bobina está desactivada, la mayoría de los dominios pierden la alineación y vuelven a un estado aleatorio y así desaparece el campo. Sin embargo en algunos la alineación persiste, ya que los dominios tienen dificultades para perder su dirección de magnetización, dejando en el núcleo un imán permanente débil. Este fenómeno, llamado remanencia, se debe a la histéresis del material. Aplicar una corriente alterna decreciente a la bobina, retirar el núcleo y golpearlo o calentarlo por encima de su punto de Curie reorientará los dominios, haciendo que el campo residual se debilite o desaparezca.

El tipo más simple de electroimán es un trozo de alambre enrollado. Una bobina con forma de tubo recto (parecido a un tornillo) se llama solenoide, y cuando además se curva de forma quelos extremos coincidan se denomina toroide. Pueden producirse campos magnéticos mucho más fuertes si se sitúa un «núcleo» de material paramagnético o ferromagnético (normalmente hierro dulce o ferrita, aunque también se utiliza el llamado acero eléctrico) dentro de la bobina. El núcleo concentra el campo magnético, que puede entonces ser mucho más fuerte que el de la propia bobina.

Los campos magnéticos generados por bobinas se orientan según la regla de la mano derecha. Si los dedos de la mano derecha se cierran en torno a la dirección del campo magnético B, el pulgar indica la dirección de la corriente I. El lado del electroimán del que salen las líneas de campo se define como «polo norte».

Además, dentro de la bobina se crean corrientes inducidas cuando está sometida a un flujo variable. Estas corrientes son llamadas corrientes de Foucault y en general son indeseables, puesto que calientan el núcleo y provocan una pérdida de potencia en forma de calor

ELECTROMAGNETISMO

Los imanes producen un campo magnético considerable pero para ciertas aplicaciones esta resulta todavía muy débil, para conseguir campos todavía más intensos utilizamos bobinas fabricadas con conductores eléctricos que al ser recorrido por una corriente eléctrica, desarrollan campos magnéticos cuya intensidad dependen fundamentalmente de la intensidad de la corriente y al número de espiras de la bobina.

Esto demuestra que cuando un conductor es atravesado por una corriente eléctrica, a su alrededor aparecen campos magnéticos. Observando el espectro del campo magnético se puede apreciar que las líneas de fuerza toman las formas de círculos concéntricos que se cierran a lo largo de todo el conductor. Si situamos varias agujas imantadas alrededor del conductor podemos observar que si orientación depende del sentido de la corriente. Para determinar el sentido de la línea de fuerza de una forma más sencilla se aplica la regla maxwell o más conocido como la de saca corcho que dice: el sentido de las líneas de fuerza, concéntricas al conductor es el que indicara el giro de un saca corcho que avanza en el mismo sentido que la corriente.

Campo magnético de un conductor en forma de anillo

Un conductor recto produce un campo magnético muy disperso y por lo tanto muy débil. La forma de conseguir que en campo magnético sea más fuerte es disponiendo el conductor en forma de anillo.

El sentido de las líneas de fuerzas de una parte de un conductor se suma a la del otro formando un campo magnético mucho más intenso en el centro de la espira.

Campo magnético formado por una bobina

En una bobina el campo magnético de cada espira se suma al de la siguiente, por lo que se concentrara este en el centro de la misma. El campo resultante es uniforme en el centro de la espira y mucho más intenso en el exterior en los extremos de la bobina se forman los polos magnéticos. El sentido de avance del saca corcho nos indica el sentido de la línea de fuerza. Una vez determinado este sentido es fácil determinar los polos de la bobina, el polo norte estará situado en el extremo por donde salen las líneas de fuerza y el sur por donde entran.

Permeabilidad

La permeabilidad se refiere a la capacidad que tiene un material de concentrar el flujo magnético. Cualquier material que se magnetice fácilmente tiene una permeabilidad elevada. La medida de la permeabilidad de los materiales con referencia a la del aire o a la del vacío se llama permeabilidad relativa. El símbolo de la permeabilidad relativa μr. La permeabilidad relativa es adimensional porque es el cociente entre 2 permeabilidades

μr= μ / μ0

μr= permeabilidad relativa del material magnético.

μ= permeabilidad magnética del material.

μ0= permeabilidad magnética del aire o del vacío.

MAGNITUDES MAGNETICAS

FLUJO MAGNETICO (Ø)

El campo magnético se representa a través de las líneas de fuerza. La cantidad de estas líneas es denominado flujo magnético, su unidad weber.

INTESIDAD DE CAMPO

Se denomina intensidad de campo, a la densidad de líneas de fuerza por centímetro cuadrado, que hay en el campo magnético de un imán o de una bobina; está en proporción a la acción del campo en cada punto.

La unidad de intensidad de campo es el oerstedio, que equivale a una línea de fuerza por centímetro cuadrado.

El símbolo de la intensidad de campo es H. Por ejemplo, un campo de H = 16 oerstedios de intensidad es un campo al que atraviesan 16 líneas de fuerza por centí metro cuadrado.

INDUCCION MAGNETICA (B)

La inducción magnética se divide a la cantidad de líneas de fuerzas que atraviesan perpendicularmente la unidad de superficie. En cierta forma nos indica lo densa que son las líneas de fuerza o lo concentrada que están en una parte del campo magnético.

RELUCTANCIA (R)

La reluctancia de un material nos indica si este deja establecer la líneas de fuerza en mayor o menor grado. Los materiales no ferromagnéticos, como el aire, poseen una reluctancia muy elevada. en cierta forma la reluctancia es un concepto muy similar a de resistencia en un circuito eléctrico.

LEY DE HOPKINSON

Ley de ohm para los circuitos magnéticos, esta expresión también se conoce como LEY DE HOPKINSON

El flujo que establece un circuito magnético es proporcional a la fuerza magnetomotriz proporcionada por la bobina e inversamente proporcional a la reluctancia del radio por donde se establecen la líneas de fuerza del campo magnético

Fuerza magnetomotriz en un solenoide (BOBINA)

En el caso de un solenoide largo y con cierto número de vueltas, la expresión se puede simplificar. En este caso se expresa por la siguiente ecuación.

F=N⋅I

donde:

N: número de espiras de la bobina

I: intensidad de la corriente en amperios (A)

La unidad de medida de la FMM es el amperio-vuelta que se representa por Av.

La relación existente entre la fuerza magnetomotriz y el flujo magnético que esta genera se denomina reluctancia y se determina por la expresión:

F=Φ⋅Rm

donde:

Φ: Flujo magnético en weber.

Rm: Reluctancia del circuito en amperio vuelta dividido por weber ( A v/Weber ).

Solenoide

CURVA DE MAGNETIZACION

SATURACION MAGNETICA:

CUANDO SE SOMETE UNA SUSTANCIA A LA ACCION DE UN CAMPO MAGNETICO CRECIENTE (H) la inducción magnética que aparece en ella también aumenta en una relación determinada.Por lo general esta relación (B-H) no es contante, por lo que es de gran utilidad conocer la curva de magnetización, que representa el valor de la inducción en función de la intensidad de campo en cada material.

En la curva de a representado la relación B-H de un hierro dulce. En ella se puede apreciar que para valores de intensidad del campo ( tramo a-b), la inducción magnética crece proporcionalmente hasta 1,2 tesla. A partir de este punto aparece un punto de inflexión de la curva, y a los aumento a la intensidad del campo le corresponde aumentos pequeñísimos de inducción magnética. A partir de ese punto a alcanzado la saturación magnética.

Cuando nos referimos a la inducción electromagnética estamos hablando de producción eléctrica por acción magnética, es decir cuando se mueve un conductor eléctrico en el seno de un campo magnético aparece una fuerza electromotriz que se muestra con una tensión eléctrica en los extremos de dicho conductor .

HISTERESIS MAGNETICA

La histéresis magnética es el fenómeno en el cual un material ferromagnético retiene una magnetización residual incluso después de que se elimina el campo magnético que la causó. Este efecto, esencial para el almacenamiento de información en dispositivos como discos duros, se manifiesta en una curva de magnetización que no vuelve a cero cuando el campo externo se reduce a cero.

El fenómeno de la histéresis magnética se explica de la siguiente manera:

1. Aplicación de un campo magnético:
Al aplicar un campo magnético a un material ferromagnético, los dipolos magnéticos de los átomos se alinean con el campo, induciendo una magnetización.
2. Magnetización residual:
Al eliminar el campo externo, parte de la magnetización persiste, formando una remanencia magnética.
3. Curva de histéresis:
La magnetización del material no sigue una trayectoria lineal, sino que sigue un ciclo o curva de histéresis, donde la magnetización no vuelve a cero con la misma trayectoria que al aumentar el campo, según HyperPhysics.
4. Coercividad:
Se necesita un campo magnético de dirección opuesta para deshacer la magnetización residual, una propiedad llamada coercividad.

Importancia de la histéresis magnética:

Almacenamiento de información:
La histéresis es fundamental para el almacenamiento de datos en discos duros, donde se codifican 0s y 1s mediante campos magnéticos inducidos en la superficie del disco, explica Química.es.
Motores eléctricos:
La histéresis magnética se utiliza en la construcción de motores eléctricos, donde los materiales ferromagnéticos son necesarios para la generación de campos magnéticos.
Imanes permanentes:
Algunos materiales ferromagnéticos con histéresis fuerte se utilizan en la fabricación de imanes permanentes, que mantienen su magnetización incluso sin la aplicación de un campo externo.

En resumen, la histéresis magnética es un fenómeno crucial en el comportamiento de los materiales ferromagnéticos, con aplicaciones significativas en diversas tecnologías, desde la electrónica hasta la industria eléctrica.

CURVA DE HISTERESIS

La curva de histéresis muestra la curva de magnetización de un material. Sea cual sea el material específico, la forma tiene características similares.

Al principio, la magnetización requiere un mayor esfuerzo eléctrico. Este intervalo es la llamada zona reversible.
En un determinado punto, la magnetización se produce de forma proporcional. En ese punto se inicia la denominada zona lineal.
Finalmente, se llega un instante a partir del cual, por mucha fuerza magnética que induzcamos al material, ya no se magnetiza más. Este es el llamado punto de inducción de saturación, que determina el inicio de la llamada zona de saturación.

Para la grabación magnética analógica de sonido hay que tener en cuenta la curva de histéresis. La señal de audio hay que grabarla solo en la zona lineal de la cinta magnética de audio, de modo contrario, por arriba o por abajo, sufriría deformaciones.

LEY DE INDUCCION DE FARADAY

DESARROLLAR

La ley de inducción de Faraday (o simplemente ley de Faraday ) es una ley del electromagnetismo que predice cómo un campo magnético interactuará con un circuito eléctrico para producir una fuerza electromotriz (fem). Este fenómeno, conocido como inducción electromagnética , es el principio fundamental de funcionamiento de transformadores , inductores y muchos tipos de motores eléctricos , generadores y solenoides .

FUERZA MAGNETICA. LEY DE LORENTZ

En física (específicamente en electromagnetismo), la fuerza de Lorentz es la fuerza ejercida por el campo electromagnético que recibe una partícula cargada o una corriente eléctrica.

Para una partícula sometida a un campo eléctrico combinado con un campo magnético, la fuerza electromagnética total o fuerza de Lorentz sobre esa partícula viene dada por:

F=q(v×B+E),

donde:

v: es la velocidad de la carga,

E :es el vector intensidad de campo eléctrico y

B: es el vector inducción magnética. La expresión siguiente está relacionada con la fuerza de Laplace o fuerza sobre un hilo conductor por el que circula corriente:

FUERZA MAGNETICA SOBRE UN CONDUCTOR

Al igual que una carga eléctrica que se desplaza en el ceno de un campo magnético experimenta una fuerza magnética, un conductor eléctrico por el que circula carga eléctrica es decir una corriente eléctrica en este caso el valor de la fuerza ejercida sobre el conductor dependerá de la intensidad del campo magnético, la longitud del conductor y el valor de la corriente que circule por un conductor:

Cuando la corriente eléctrica por el conductor es vista, como carga positiva desplazando hacia la derecha se comprueba que la fuerza magnética va hacia arriba aplicando la regla de la mano derecha

La principal aplicación práctica de este fenómeno la tenemos en los motores eléctricos. En los motores en vez de tener conductores eléctricos aislados, los tenemos en forma de espiras rectangulares. De esta forma se nos presenta un par de fuerza que hace que la espira tienda a girar.

Page updated

Google Sites

Report abuse